CC BY
46Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Large-panel housing construction
УДК 69.056.52
В.П. БЛАЖКО, канд. техн. наук ([email protected])
АО «ЦНИИЭП жилища — институт комплексного проектирования жилых и общественных зданий» (АО «ЦНИИЭП жилища»)
(127434, г. Москва, Дмитровское ш., 9, стр. 3)
Некоторые аспекты проектирования панельных зданий в сейсмических районах
Приведены особенности принятия проектных решений в части проектирования крупнопанельных зданий для сейсмоопас-ных районов с точки зрения применения новых технологий изготовления изделий на заводах КПД. Рассмотрены перекрестно-стеновые системы с широким шагом несущих стен с перекрытиями из многопустотных плит, которые изготавливаются по современным технологиям и могут применяться для строительства в сейсмически активных зонах с учетом особенностей изготовления изделий и требований норм.
Ключевые слова: панельные здания, сейсмостойкое строительство, особенности проектирования, перекрестно стеновые системы, широкий шаг несущих стен, многопустотные плиты, конструктивная схема здания, платформенно-моно-литный стык.
V.P. BLAZHKO, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) AO «TSNIIEP zhilishcha — institute for complex design of residential and public buildings» (AO «TSNIIEP zhilishcha») (9, structure 3, Dmitrovskoye Hwy, 127434, Moscow, Russian Federation)
Some Aspects of Design of Panel Buildings in Seismic Regions
The features of design decisions making concerning the design of large-panel buildings for earthquake-prone areas from the point of view of application of new technologies of manufacturing products at the large-panel prefabrication plants are presented. Cross-wall systems with a wide step of bearing walls with floors of hollow core slabs which are manufactured according to modern technologies and can be use in seismic active zones with due regard for peculiarities of products manufacturing and requirements of norms are considered.
Keywords: panel buildings, earthquake engineering, design features, cross-wall systems, wide step of bearing walls, hollow core slabs, structural scheme of building, platform-monolithic joint.
В последние годы строятся новые и реконструируются старые заводы крупнопанельного домостроения [1—4]. Этот процесс происходит не только на территории РФ, но и на территориях стран СНГ. Изделия для зданий, которые будут изготавливать на этих заводах, предполагается применять в районах с сейсмической активностью 7,8 балла. Технологии нового поколения крупнопанельного домостроения отличаются от известных технологий, применявшихся в СССР. В большей степени это касается изготовления наружных трехслойных стеновых панелей. На современных заводах применяются съемные борта на магнитных замках. При такой конструкции бортов делать выпуски арматуры из внутреннего бетонного слоя панелей по вертикальным и по горизонтальным граням внутреннего слоя нетехнологично. А правила проектирования панельных зданий, прописанные в СНиП 11-7-81* (СП 14.13330.2014) «Строительство в сейсмических районах», предписывают «осуществлять вертикальные и горизонтальные стыковые соединения панелей продольных и поперечных стен между собой и с панелями перекрытий сваркой арматурных выпусков и за-моноличиванием вертикальных и горизонтальных стыков мелкозернистым бетоном». Таким образом, необходимо применять конструктивные решения, позволяющие обеспечить, с одной стороны, требования норм, а с другой - требования технологии.
Рассмотрим возможные конструктивные приемы, которые позволяют решить задачу. Выпуски по верхней гори-
зонтальной грани внутреннего слоя трехслойной стеновой панели можно условно разделить на два вида: а) воспринимающие сдвиговые усилия в горизонтальных швах; б) воспринимающие как сдвиговые, так и растягивающие усилия и которые должны располагаться по граням дверных и оконных проемов и у мест пересечения стен. Зарубежные технологи для анкеров, работающих на сдвиг, предлагают использовать замоноличиваемый в бетон пластиковый цилиндрический пенал, который крепится на борт и остается после формовки в бетоне. Установка анкера осуществляется забивкой последнего в полость пластикового пенала после распалубки формы [5, 6]. Шаг анкеров принимается по расчетам.
Для устройства выпусков, обеспечивающих непрерывную связь панелей по вертикали, можно применить два способа. Первый - это устройство внутри формы канала с помощью пластиковой трубки с последующей установкой в канал выпуска на монтаже; второй - установка на бортах стальных анкеров, имеющих на конце втулку с резьбой, и последующее завинчивание анкера во втулку.
Что касается устройства выпусков в вертикальных стыках, то можно применить сборно-монолитный стык, содержащий элементы с петлевыми выпусками, не выступающими за плоскость бортов.
Несущая способность данного стыка зависит от диаметра выпуска, класса применяемой стали, а также от сечений соединительной пластины, количества соединений по
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
высоте. Для увеличения несущей способности стыка в его полость устанавливается вертикальный пространственный каркас с выпусками продольной арматуры в уровень выше расположенного этажа.
О работе стыка. При превышении определенного уровня сдвиговых усилий в элементах стыка образуются наклонные трещины в бетоне шпонок. При этом сопротивление стыка сдвигу уменьшается. Одновременно возникают изгибно-сдвиговые деформации стальной соединительной пластины, которая работает в пластической стадии, при этом зона распространения пластических деформаций ограничена зоной локализации трещин бетона вокруг пластины. Происходит увеличение податливости стыка и, следовательно, увеличение общей податливости здания. При этом, как известно, уменьшается частота собственных колебаний зданий, коэффициент динамичности и сейсмическая реакция здания. Несмотря на образование трещин в стыке вокруг соединительных элементов стык не утрачивает работоспособности, поскольку происходит только разрыхление бетона в зоне шпонки. Пластина и выпуски при этом не разрушаются. Восстановление стыка выполняется путем удаления рыхлого бетона и инъекции в трещины це-ментно-песчаной пасты.
При изготовлении внутренних стеновых панелей в кассетных установках проблемы выпусков на верхней грани панелей не возникает. Вертикальные стыки могут решаться по аналогии с рассмотренными выше стыками внутренних слоев наружных стеновых панелей. Толщина внутренних стеновых панелей поперечного направления должна быть не менее 200 мм. Это две опорные зоны плит 70+70 мм плюс зазор 60 мм. При меньшей величине зазора трудно обеспечить качественное заполнение бетоном пустот в торцах плиты с учетом размещения в стыке арматурных стержней.
В отличие от известных конструктивных перекрестно-стеновых систем с перекрытиями размером на комнату, где совместная работа диска перекрытия со стенами может быть обеспечена сваркой закладных деталей стен и перекрытий в системах с широким шагом, в которых применяются многопустотные плиты перекрытий, опирающиеся по двум сторонам, необходимо устройство по контуру плит монолитных армированных поясов. Эти пояса необходимы для объединения плит в единый диск, который перераспределяет горизонтальные нагрузки на стены. Кроме того, по продольным граням плит при необходимости предусматриваются армированные бетонные шпонки, которые воспринимают сдвигающие усилия и усилия распора в продольных швах между плитами. Предусматриваемые по боковым сторонам плит перекрытий при их изготовлении углубления, имитирующие шпонки, должны в соответствии с СП 14.13330.2014 иметь глубину не менее 40 мм.
В СП 14.13330.2014 п. 6.10.1 даются указания по соединению плит перекрытий со стеновыми панелями: «... при опирании перекрытий на наружные стены здания предусматривать охват вертикальной арматуры стеновых панелей арматурой швов, приваренной к выпускам арматуры плит перекрытий.». В качестве выпусков арматуры из стеновых панелей служат забиваемые в верхние торцы панели анкеры. С выпусками из торцов плит перекрытий дело обстоит сложнее. В плитах перекрытий стендового формования выпуски из торцов плит могут быть выполнены.
54| -
В плитах безопалубочного формования выпусков из торцов не может быть в силу особенностей технологии их изготовления. Поэтому устройство выпусков выполняется в построечных условиях путем прорезания перемычек над пустотами и замоноличивания в пустоты каркасов или отдельных стержней. Кроме того, в межплитные швы устанавливаются арматурные стержни, которые заанкериваются в монолитном арматурном поясе.
Горизонтальные стыки по наружным и внутренним стенам являются платформенно-монолитными. Эти стыки воспринимают вертикальные и сдвиговые усилия, возникающие при сейсмических толчках. Горизонтальные составляющие сейсмических усилий через диски перекрытий передаются на армированные монолитные пояса и далее через анкеры, забиваемые в торцы панелей на стены.
Шаг анкеров и их сечение определяется расчетом, с тем чтобы обеспечивать совместную работу стеновой панели и армированного пояса на сдвиг.
Совместная работа стеновых панелей, расположенных над горизонтальным швом, на сдвиг относительно монолитного пояса обеспечивается устройством в монолитном поясе закладных деталей и сваркой их закладными деталями в нижней части стен. Кроме того, следует учесть работу на сдвиг вертикальных сквозных стержней, проходящих в теле стеновых панелей и располагаемых, как отмечалось выше, вблизи вертикальных торцов стен и вблизи проемов. При сдвиге эти вертикальные стержни прижимают панели к растворному шву, что является основанием учитывать в расчетах силы трения в горизонтальном шве. В СП 14.13330.2014 в п. 5.13 по данному вопросу говорится следующее: «...при расчетах горизонтальных стыков соединений в КПД силы трения, как правило, не учитывают». В действительности эти силы можно не учитывать в перекрестно-стеновых системах с плитами перекрытий размером на комнату, где все закладные сварены между собой. Рассматриваемые системы отличаются от вышеупомянутых. В этих системах неучет сил трения приведет к значительным затратам на закладные детали. Кроме того, незначительные габариты монолитных антисейсмических поясов стесняют их установку. Смысл п. 5.13 в СП 14.13330.2014 следует воспринимать как признание неполноты знаний по данному вопросу и необходимости проведения дальнейших исследований, так как при прохождении проекта через экспертизу этот пункт может затормозить его продвижение.
Можно применять плиты перекрытий с опиранием на стены через «пальцы». Изготовление таких плит возможно по стендовой технологии и по технологии безопалубочного формования. При опирании плит перекрытий на «пальцы» в горизонтальных стыках появляется достаточно пространства для установки закладных деталей, работающих на сдвиг.
Еще о плитах безопалубочного формования. Отсутствие в плитах безопалубочного формования поперечной арматуры в ребрах и рабочей арматуры в верхней зоне ребер приводит к тому, что плита может воспринимать изгибающий момент в опорной зоне и не превышающий момента трещинообразования бетона. При сейсмических воздействиях в плитах действуют не только горизонтальные составляющие сейсмических усилий, но и вертикальные составляющие (особенно при пролетах
^^^^^^^^^^^^^ |3'2016
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Large-panel housing construction
2 6 3
\ 1 /| \ \ /\
10
11
30 70
1154
) 84,5 113 50 113 100 113 50 113 100
1 у.Г L-J". Д-JupEU* ЛХ Д
1197
11
11
11
11
Стыки внутренних стеновых панелей: а — вертикальный; б — горизонтальный и плита перекрытия (в): 1 — стеновая панель; 2 — петлевой выпуск; 3 — вертикальные стержни; 4 — бетон; 5— анкер забивной; 6 — пластина соединительная; 7 — плита перекрытия; 8 — муфта резьбовая; 9 — закладная деталь горизонтального шва; 10 — соединительная пластинка; 11 — «палеи» опорный плиты перекрытия
а
в
2
7
9
7
5
3
8
5
5
70
6
2
4
6
свыше 6 м), а также вероятна депланация сечений, что может привести к разрушению опорной зоны плиты по наклонной трещине, даже если по статическим расчетам опорный момент не превосходит предельного момента по образованию трещин. Таким образом, плиты безопалубочного формования для сейсмических районов должны иметь в ребрах каркасы с поперечной арматурой и верхней рабочей арматурой. Для этого необходимо увеличить толщину вертикальных ребер плиты минимум до 50 мм. В цикле армирования необходимо устанавливать каркасы в местах расположения опорных зон. Формовка плит с каркасами может быть выполнена с помощью слипформеров. Следует отметить, что многопустотные плиты, произведенные по стендовой технологии, содержат каркасы в ребрах, горизонтальные сетки в опорных зонах, закладные детали.
Недостатки, которые имеются в плитах безопалубочного формования, у плит, произведенных по стендовой технологии отсутствуют, поэтому при выборе оборудования для оснащения заводов, ориентированных на строительство в сейсмических районах, чтобы не возникали проблемы, рекомендуется ориентироваться на оборудование стендового формования.
Кроме того, при равной производительности для размещения оборудования для стендового формования не нужны стометровые дорожки, достаточно участка 32x12 м, при этом применяется бетон класса В25, а не В40 и более, дешевая арматура, следовательно, и по себестоимости эти плиты вполне конкурентоспособны с плитами безопалубочного формования.
Еще одна тенденция, связанная с применением многопустотных плит, - это увеличение шага расположения несущих стен. Востребованы шаги 7-7,6 м. Вследствие этого при перекрестно-стеновой системе возрастает сейсми-
ческая реакция как на поперечные несущие стены, так и на продольные самонесущие стены, в том числе и стены фасада, которые приходится включать в работу в качестве диафрагм жесткости продольного направления. Поэтому чтобы увеличить прочность здания в продольном направлении, рекомендуется применять плоские фасады, в которых внутренние слои трехслойных наружных стеновых панелей имеют вид замкнутых рам (т. е. имеют только оконные проемы). Лоджии необходимо проектировать встроенными.
Еще одна из проблем, которая требует решения, - это формирование расчетных моделей здания. Проблема в определении характеристик податливости (жесткости) связей, которыми в модели соединяются между собой элементы здания: это связи между наружными стенами в вертикальных стыках; арматурные анкеры, работающие на сдвиг в горизонтальном стыке, забиваемые в пластиковые пеналы; податливость горизонтального стыка в целом при наличии сквозных вертикальных соединительных стержней. Эти характеристики существенно влияют на динамическое поведение здания и результаты расчетов. Имеющиеся в литературе данные значительно устарели и требуют обновления. Для решения этого вопроса необходимы экспериментальные исследования. Появление рассмотренного класса зданий обусловлено внедрением новых технологий заводского изготовления изделий. Конструктивная схема здания и типы соединений элементов формируют динамические характеристики, отличающиеся от известных панельных систем с узким шагом и перекрытиями на комнату (СП 14.13330.2014).
Таким образом, рассмотренные перекрестно-стеновые системы с широким шагом несущих стен с перекрытиями из многопустотных плит перекрытий, которые изготавливаются по современным технологиям, могут применяться
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
для строительства в сейсмически активных зонах с учетом особенностей изготовления изделий и требований норм. Для улучшения понимания работы таких зданий при сейсмических нагрузках требуется проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований для учета влияния конструктивных решений узлов на динамические и прочностные параметры здания и адаптация норм по результатам этих исследований.
Список литературы
1. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Хаютин Ю.Г. Инновационные системы каркасно-панельного домостроения // Жилищное строительство. 2014. № 5. С. 3-5.
2. Николаев С.В., Шрейбер А.К., Этенко В.П. Панельно-каркасное домостроение - новый этап развития КПД // Жилищное строительство. 2015. № 2. С. 3-7.
3. Ярмаковский В.Н. Ресурсоэнергосбережение при производстве элементов конструктивно-технологических систем зданий, их возведении и эксплуатации // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 4-6.
4. Юмашева Е.И., Сапачева Л.В. Домостроительная индустрия и социальный заказ времени // Строительные материалы. 2014. № 10. С. 3-11.
5. Блажко В.П. О применении многопустотных плит безопалубочного формования в панельных и каркасных зданиях // Жилищное строительство. 2013. № 10. С. 7-10.
Блажко В.П. Замок для соединения конструктивных элементов панельного здания // Жилищное строительство.
2014. № 1-2. С. 3-6.
References
Nikolaev S.V., Shreiber A.K., Khayutin Yu.G. Innovative systems of frame and panel housing construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2015. No. 5, pp. 3-5. (In Russian).
Nikolaev S.V., Shreiber A.K., Etenko V.P. Panel and frame housing construction - a new stage of development of efficiency. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction].
2015. No. 2, pp. 3-7. (In Russian).
Yarmakovskii V.N. Energy-resources-saving under manufacturing at the elements of structural-technological building systems, their rising and exploitation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 4-5. (In Russian).
Yumasheva E.I., Sapacheva L.V. House-building industry and social order of time. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2014. No. 10, pp. 3-11. (In Russian). Blazhko V.P. A About Using Multi-hollow Slabs of Off-Shuttering Moulding in Panel and Frame Buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 10, pp. 7-10. (In Russian).
Blazhko V.P. A Fastener for Connection of Structural Elements of a Panel Building. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 1-2, pp. 3-6. (In Russian).
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕНДЕНЦИИ 2016
Межрегиональная специализированная
выставка
форум
20-21 апреля ВОРОНЕЖ
Гечераш^и^й информ?1.1ноиц[>1й спочюор
группа ГАЗЕТ
Организаторы
та
ж 13<2|
NS/ »югмлшкит
{473)2-512-012
www.veta.ru
56
32016
